JP2519777B2 - 超音波装置、並びに超音波測定及び超音波検査を行う方法 - Google Patents
超音波装置、並びに超音波測定及び超音波検査を行う方法Info
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- JP2519777B2 JP2519777B2 JP63194676A JP19467688A JP2519777B2 JP 2519777 B2 JP2519777 B2 JP 2519777B2 JP 63194676 A JP63194676 A JP 63194676A JP 19467688 A JP19467688 A JP 19467688A JP 2519777 B2 JP2519777 B2 JP 2519777B2
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- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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- G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
- G01S7/52023—Details of receivers
- G01S7/52036—Details of receivers using analysis of echo signal for target characterisation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一般的には医療診断用の作像のための超音
波装置に関し、更に特定して言えば、音響探査する組織
の単位容積当たりの微分散乱断面積の測定及び表示に関
する。
波装置に関し、更に特定して言えば、音響探査する組織
の単位容積当たりの微分散乱断面積の測定及び表示に関
する。
従来の技術 医療用超音波に有用な音響パラメータは、不連続部に
おける反射、容積後方散乱係数、吸収係数、及びドップ
ラ周波数シフト（偏移）を含んでいる。これらのパラメ
ータの超音波による測定は、種々の組織を特徴付けると
共に画像を構成するための基礎となる。（外因的な測定
値を用いた）反射形作像が、従来から診断用超音波の主
な基礎となっていたが、組織の位置を突き止めて特徴付
けるためには、及び病理の検出のためには、固有のパラ
メータが有用であることがわかった。
おける反射、容積後方散乱係数、吸収係数、及びドップ
ラ周波数シフト（偏移）を含んでいる。これらのパラメ
ータの超音波による測定は、種々の組織を特徴付けると
共に画像を構成するための基礎となる。（外因的な測定
値を用いた）反射形作像が、従来から診断用超音波の主
な基礎となっていたが、組織の位置を突き止めて特徴付
けるためには、及び病理の検出のためには、固有のパラ
メータが有用であることがわかった。
後方散乱係数については、少像及び特徴付けにおける
その効用が研究されており、後方散乱係数は、診断上有
用な定量的なデータを提供することがわかった。しかし
ながら、組織の病理は、後方散乱係数の絶対的な測定値
から必ずしも容易に明らかにはならない。例えば、広帯
域後方散乱データをフィルタにかけて、病的な組織を同
定するために、後方散乱係数の周波数依存性を見つける
ことが必要になることがある。
その効用が研究されており、後方散乱係数は、診断上有
用な定量的なデータを提供することがわかった。しかし
ながら、組織の病理は、後方散乱係数の絶対的な測定値
から必ずしも容易に明らかにはならない。例えば、広帯
域後方散乱データをフィルタにかけて、病的な組織を同
定するために、後方散乱係数の周波数依存性を見つける
ことが必要になることがある。
有用な情報を得る点で診断モードが成功するかどうか
は、組織を識別すると共に、信号対雑音比（SNR）を最
大にして音響データを収集することができるかどうかに
かかっている。しかしながら、鏡面反射、信号の相関、
均質でない減衰、及びその他の要因により、一般的には
超音波後方散乱の測定ではSNRが低い。
は、組織を識別すると共に、信号対雑音比（SNR）を最
大にして音響データを収集することができるかどうかに
かかっている。しかしながら、鏡面反射、信号の相関、
均質でない減衰、及びその他の要因により、一般的には
超音波後方散乱の測定ではSNRが低い。
従って、本発明の主な目的は、定量的な後方散乱デー
タを収集する方法及び装置を提供することにある。
タを収集する方法及び装置を提供することにある。
他の目的は、定量的な後方散乱データによる組織の特
徴付け及び診断を改善することにある。
徴付け及び診断を改善することにある。
他の目的は、超音波に対する固有の音響パラメータの
測定における信号対雑音比を改善することにある。
測定における信号対雑音比を改善することにある。
本発明の更に他の目的は、物体の後方散乱強度及び依
存性の局所的な変動を検出することにある。
存性の局所的な変動を検出することにある。
発明の要約 上述及びその他の目的は、正常な組織と病気の組織と
を区別するために、選択された容積の組織又は器官にわ
たる微分後方散乱を測定すると共に、後方散乱の時間的
及び周波数依存性を検出する超音波装置によって達成さ
れる。
を区別するために、選択された容積の組織又は器官にわ
たる微分後方散乱を測定すると共に、後方散乱の時間的
及び周波数依存性を検出する超音波装置によって達成さ
れる。
例として言うと、正常な心筋組織の後方散乱の測定値
と病的な心筋組織の後方散乱の測定値との間には、超音
波による検出及び作像をすることができるのに十分なコ
ントラストが存在する。梗塞組織では、局所的なコラゲ
ン量が増加する所で後方散乱が大きくなると共に、正常
な心筋組織に比べて、クレアチン・キナーゼの欠乏及び
局所的なコラゲン濃度に関する信号の減衰の増加があ
る。重傷の（例えば、局所的な血流が80％減少する）局
所貧血性心筋では、後方散乱が約5dB増加するが、減衰
が減少する。更に、心収縮末期の近くに発生する最小値
を有していると共に心拡張末期の近くに発生する最大値
を有している正常な心筋の後方散乱強度に現れる循環的
（サイクリック）な変動が、局所貧血性組織では弱体化
する。従って、心臓の音響探査する組織の単位容積当た
りの微分後方散乱断面積の作像、並びに種々の組織の集
団（ポピュレーション）から得られるその時間的及び／
又は周波数依存性によって、種々の病理区域を検出する
ことができる。
と病的な心筋組織の後方散乱の測定値との間には、超音
波による検出及び作像をすることができるのに十分なコ
ントラストが存在する。梗塞組織では、局所的なコラゲ
ン量が増加する所で後方散乱が大きくなると共に、正常
な心筋組織に比べて、クレアチン・キナーゼの欠乏及び
局所的なコラゲン濃度に関する信号の減衰の増加があ
る。重傷の（例えば、局所的な血流が80％減少する）局
所貧血性心筋では、後方散乱が約5dB増加するが、減衰
が減少する。更に、心収縮末期の近くに発生する最小値
を有していると共に心拡張末期の近くに発生する最大値
を有している正常な心筋の後方散乱強度に現れる循環的
（サイクリック）な変動が、局所貧血性組織では弱体化
する。従って、心臓の音響探査する組織の単位容積当た
りの微分後方散乱断面積の作像、並びに種々の組織の集
団（ポピュレーション）から得られるその時間的及び／
又は周波数依存性によって、種々の病理区域を検出する
ことができる。
本発明では、後方散乱強度の統計的な変動を減少させ
ると共に、組織の地域化を改善するために、狭帯域の識
別信号を用いることにより、後方散乱の測定値の信号対
雑音比が改善される。狭帯域信号を用いることにより、
信号処理において距離（レンジ）ゲート作用の必要もな
くなる。更に、長さ又はサイクルが変化する狭帯域バー
ストを反復的に点弧することにより、ベクトル角を動か
さずに、目標容積の実質的に相関性のない測定値を求め
ると共に組み合わせることにより、SNRが更に改善され
る。
ると共に、組織の地域化を改善するために、狭帯域の識
別信号を用いることにより、後方散乱の測定値の信号対
雑音比が改善される。狭帯域信号を用いることにより、
信号処理において距離（レンジ）ゲート作用の必要もな
くなる。更に、長さ又はサイクルが変化する狭帯域バー
ストを反復的に点弧することにより、ベクトル角を動か
さずに、目標容積の実質的に相関性のない測定値を求め
ると共に組み合わせることにより、SNRが更に改善され
る。
本発明の他の一面では、相異なる基本周波数を有する
複数の逐次的な狭帯域識別バーストを用いて測定値を求
め、組織を弁別する他の手段として、細胞質及び異常発
達組織の構造からの散乱の寄与の組み合わせにより、組
織を特徴付ける。即ち、後方散乱係数の周波数依存性を
用いて、経験的に導き出されたモデルに従って組織構造
のコントラストを推測する。
複数の逐次的な狭帯域識別バーストを用いて測定値を求
め、組織を弁別する他の手段として、細胞質及び異常発
達組織の構造からの散乱の寄与の組み合わせにより、組
織を特徴付ける。即ち、後方散乱係数の周波数依存性を
用いて、経験的に導き出されたモデルに従って組織構造
のコントラストを推測する。
本発明の新規な特徴は、特許請求の範囲に具体的に記
載してあるが、本発明の構成、作用、並びにその他の目
的及び利点は、以下図面について説明するところから最
もよく理解されよう。
載してあるが、本発明の構成、作用、並びにその他の目
的及び利点は、以下図面について説明するところから最
もよく理解されよう。
実施例 第１図について説明すると、配列を成している複数の
変換器素子で構成されている受信／送信変換器10が、フ
ロントエンド処理装置11に接続されており、フロントエ
ンド処理装置11は、パルス駆動装置12と、復調器及び信
号処理装置13とを含んでいる。超音波システムは更に、
中間処理装置15と、表示処理装置16と、表示装置17とを
含んでいる。パルス駆動装置12は、対象内のベクトル角
度に沿って音響探査するように変換器配列10にエネルギ
を与える。受信モードでは、変換器配列10によって検出
された信号は復調器及び信号処理装置13に結合される
が、復調器及び信号処理装置13は、公知の態様で動作し
て、いずれも位相に影響されない加算された同相信号Ｉ
及び加算された直角信号Ｑを発生する。
変換器素子で構成されている受信／送信変換器10が、フ
ロントエンド処理装置11に接続されており、フロントエ
ンド処理装置11は、パルス駆動装置12と、復調器及び信
号処理装置13とを含んでいる。超音波システムは更に、
中間処理装置15と、表示処理装置16と、表示装置17とを
含んでいる。パルス駆動装置12は、対象内のベクトル角
度に沿って音響探査するように変換器配列10にエネルギ
を与える。受信モードでは、変換器配列10によって検出
された信号は復調器及び信号処理装置13に結合される
が、復調器及び信号処理装置13は、公知の態様で動作し
て、いずれも位相に影響されない加算された同相信号Ｉ
及び加算された直角信号Ｑを発生する。
中間処理装置15は信号Ｉ及びＱに基づいて、後方散乱
強度を決定する。任意の所望の形式で表示装置17に表示
するために、この強度又はその他の後方散乱の特徴が表
示処理装置16に供給される。診断上の効用があるこの他
の後方散乱のパラメータは、測定して表示することがで
きる後方散乱強度の時間的な変化（例えば、心臓組織で
は、心収縮期と心拡張期との間の差）を含んでいる。他
の例は、後方散乱係数の周波数依存性であり、この周波
数依存性は、組織の構造の変化を検出するために用いら
れるが、これについては後で説明する。
強度を決定する。任意の所望の形式で表示装置17に表示
するために、この強度又はその他の後方散乱の特徴が表
示処理装置16に供給される。診断上の効用があるこの他
の後方散乱のパラメータは、測定して表示することがで
きる後方散乱強度の時間的な変化（例えば、心臓組織で
は、心収縮期と心拡張期との間の差）を含んでいる。他
の例は、後方散乱係数の周波数依存性であり、この周波
数依存性は、組織の構造の変化を検出するために用いら
れるが、これについては後で説明する。
本発明の好ましい実施例では、局在化した微分後方散
乱係数に従って、種々の組織の集団を分離することによ
り、目標の器官内の病巣のような組織の特徴を検出する
ことができる。各々の分解された点における後方散乱係
数を、１種類又は更に多くの周波数で測定することによ
り、病巣を検出するのに用いられるデータを発生すると
共に、診断を確認する２次情報を供給し、又は例えば追
跡検査若しくは処置のために病巣の位置を突き止める。
乱係数に従って、種々の組織の集団を分離することによ
り、目標の器官内の病巣のような組織の特徴を検出する
ことができる。各々の分解された点における後方散乱係
数を、１種類又は更に多くの周波数で測定することによ
り、病巣を検出するのに用いられるデータを発生すると
共に、診断を確認する２次情報を供給し、又は例えば追
跡検査若しくは処置のために病巣の位置を突き止める。
器官の超音波による識別が第２図に示されている。変
換器10は心臓20に向って超音波エネルギを送信する。送
信された超音波21が心臓20と相互作用して、後方散乱波
22を発生する。本発明の好ましい一実施例では、表示装
置17に心臓20の典型的なＢモード像を表示する。その
後、同じ像区域に対して、局在化した微分後方散乱情報
を収集し、（例えば、種々の色を追加することにより）
Ｂモード像に重ねて、心臓20内の病巣23を検出すること
ができるようにする。この代わりに、局在化した後方散
乱係数のみに対応する２次元（2D）Ｂモード像を用いて
もよい。
換器10は心臓20に向って超音波エネルギを送信する。送
信された超音波21が心臓20と相互作用して、後方散乱波
22を発生する。本発明の好ましい一実施例では、表示装
置17に心臓20の典型的なＢモード像を表示する。その
後、同じ像区域に対して、局在化した微分後方散乱情報
を収集し、（例えば、種々の色を追加することにより）
Ｂモード像に重ねて、心臓20内の病巣23を検出すること
ができるようにする。この代わりに、局在化した後方散
乱係数のみに対応する２次元（2D）Ｂモード像を用いて
もよい。
生物学的な組織では、後方散乱の原因となる実際の散
乱要素、及びこれらの散乱要素の隔たりはわかっていな
い。組織の小さな容積にある散乱要素（例えば、1cc）
を検査する場合、組織のサンプルの後方散乱断面積（即
ち、後方散乱強度）の独立の測定値には、組織の構造の
ために、大きな統計的な変動がある。１つの目標区域の
独立の測定値におけるこの変動は、後方散乱強度に基づ
いて、組織の集団を分離することを困難にするか、又は
不可能にする。本発明によれば、送信された超音波エネ
ルギに狭帯域周波数を用いることにより、一層大きな散
乱要素の容積を選択し、一貫性のある強度の測定値及び
一層よい信号対雑音性能が得られることがわかった。
乱要素、及びこれらの散乱要素の隔たりはわかっていな
い。組織の小さな容積にある散乱要素（例えば、1cc）
を検査する場合、組織のサンプルの後方散乱断面積（即
ち、後方散乱強度）の独立の測定値には、組織の構造の
ために、大きな統計的な変動がある。１つの目標区域の
独立の測定値におけるこの変動は、後方散乱強度に基づ
いて、組織の集団を分離することを困難にするか、又は
不可能にする。本発明によれば、送信された超音波エネ
ルギに狭帯域周波数を用いることにより、一層大きな散
乱要素の容積を選択し、一貫性のある強度の測定値及び
一層よい信号対雑音性能が得られることがわかった。
本発明の狭帯域システムの改善された信号対雑音性能
は、各々の後方散乱画素（即ち、目標容積）に関連した
散乱要素の容積（散乱数）が一層大きいため、後方散乱
強度の変動が減少することによるものである。単位容積
当たりの散乱要素の平均数は、後方散乱強度の変動が実
効的な散乱要素の容積内にある散乱要素の平均数の平方
根として変化するように、ポアッソン分布に従ってい
る。従って、10個の散乱要素を含んでいる実効的な散乱
要素の容積では、強度測定値の標準偏差は約30％にな
る。100個の散乱要素を含んでいる一層大きな実効的な
散乱要素の容積は、強度の標準偏差を10％に改善する。
従って、本発明の狭帯域システムによれば、信号対雑音
比、及び組織の集団を分離する能力が改善される。
は、各々の後方散乱画素（即ち、目標容積）に関連した
散乱要素の容積（散乱数）が一層大きいため、後方散乱
強度の変動が減少することによるものである。単位容積
当たりの散乱要素の平均数は、後方散乱強度の変動が実
効的な散乱要素の容積内にある散乱要素の平均数の平方
根として変化するように、ポアッソン分布に従ってい
る。従って、10個の散乱要素を含んでいる実効的な散乱
要素の容積では、強度測定値の標準偏差は約30％にな
る。100個の散乱要素を含んでいる一層大きな実効的な
散乱要素の容積は、強度の標準偏差を10％に改善する。
従って、本発明の狭帯域システムによれば、信号対雑音
比、及び組織の集団を分離する能力が改善される。
本発明の狭帯域の送信は、広帯域システムに存在する
周波数依存性及び相互作用を減少させることにより、横
方向及び深さの地域化を改善するという他の利点があ
る。成分周波数の間の干渉によって生じる広帯域効果
が、本発明では回避できる。
周波数依存性及び相互作用を減少させることにより、横
方向及び深さの地域化を改善するという他の利点があ
る。成分周波数の間の干渉によって生じる広帯域効果
が、本発明では回避できる。
第３図には、本発明の狭帯域送信に対する一例の周波
数スペクトルが示されている。狭帯域信号が基本周波数
f0を中心としている。狭帯域エネルギ送信を限定するこ
とができるかどうかは、パルス駆動装置の通常帯域特性
と、識別バースト内の基本周波数のサイクル数とに関係
する。本発明では、後方散乱されたすべてのエネルギが
基本周波数から来たものとみなすことができるように、
帯域幅は十分に狭い。第３図に示すように、−10dBの帯
域幅の分数は約20％未満になるようにする。更に、帯域
幅の分数を10％から20％の好ましい値にすると、優れた
狭帯域の結果が得られる。
数スペクトルが示されている。狭帯域信号が基本周波数
f0を中心としている。狭帯域エネルギ送信を限定するこ
とができるかどうかは、パルス駆動装置の通常帯域特性
と、識別バースト内の基本周波数のサイクル数とに関係
する。本発明では、後方散乱されたすべてのエネルギが
基本周波数から来たものとみなすことができるように、
帯域幅は十分に狭い。第３図に示すように、−10dBの帯
域幅の分数は約20％未満になるようにする。更に、帯域
幅の分数を10％から20％の好ましい値にすると、優れた
狭帯域の結果が得られる。
本発明では、各々の目標容積に対する後方散乱データ
を収集するために、長さが変化する狭帯域バーストを反
復的に点弧することにより、各々の目標容積に対して受
信されるSNRが更に改善される。例えば、３つ又は更に
多くのサイクルから成る識別バーストを用いるとき、数
メガヘルツの範囲内の基本周波数を用いるシステムにお
いて、狭帯域性能が得られる。３サイクルから成る第１
の識別バーストを、同じ目標容積に対するこの後の５サ
イクルから成るバースト長と共に平均することができ
る。バースト長が変わることにより、受信振幅の統計が
変化して、識別用のベクトル角度を動かさずに、後方散
乱強度の実質的に独立の推定値が求められる。各々の独
立の測定値は、部分的に相関性を有しておらず、信号平
均値のSNRを改善する。バースト長又はサイクルの変化
により、識別ビームのスペクトル内容がわずかに変わる
と共に、信号に寄与する散乱要素の容積が変化する。好
ましい実施例では、2.5MHzの基本周波数で、７、９及び
11サイクルから成る別々の識別バーストを用いて、部分
的に相関性を有していない３つの測定値を求められる
が、これらの測定値は、目標容積の約2.5個の独立のサ
ンプルに相当する。3.6MHzの基本周波数では、10、13及
び16サイクルのバースト長を用いてよい結果が収められ
た。
を収集するために、長さが変化する狭帯域バーストを反
復的に点弧することにより、各々の目標容積に対して受
信されるSNRが更に改善される。例えば、３つ又は更に
多くのサイクルから成る識別バーストを用いるとき、数
メガヘルツの範囲内の基本周波数を用いるシステムにお
いて、狭帯域性能が得られる。３サイクルから成る第１
の識別バーストを、同じ目標容積に対するこの後の５サ
イクルから成るバースト長と共に平均することができ
る。バースト長が変わることにより、受信振幅の統計が
変化して、識別用のベクトル角度を動かさずに、後方散
乱強度の実質的に独立の推定値が求められる。各々の独
立の測定値は、部分的に相関性を有しておらず、信号平
均値のSNRを改善する。バースト長又はサイクルの変化
により、識別ビームのスペクトル内容がわずかに変わる
と共に、信号に寄与する散乱要素の容積が変化する。好
ましい実施例では、2.5MHzの基本周波数で、７、９及び
11サイクルから成る別々の識別バーストを用いて、部分
的に相関性を有していない３つの測定値を求められる
が、これらの測定値は、目標容積の約2.5個の独立のサ
ンプルに相当する。3.6MHzの基本周波数では、10、13及
び16サイクルのバースト長を用いてよい結果が収められ
た。
本発明の他の一面では、相関性のない独立の推定値を
生ずる後方散乱強度の測定値が、狭帯域送信を用いた別
々の逐次的な測定で複数の基本周波数で求められた。即
ち、第１の基本周波数で１つ又は更に多くの識別を行
い、これはサイクル数が変化するバーストを含んでいて
もよい。第２の基本周波数で求められた他の測定値を第
１の基本周波数での測定値と組み合わせて、後方散乱強
度に対する値を発生する。
生ずる後方散乱強度の測定値が、狭帯域送信を用いた別
々の逐次的な測定で複数の基本周波数で求められた。即
ち、第１の基本周波数で１つ又は更に多くの識別を行
い、これはサイクル数が変化するバーストを含んでいて
もよい。第２の基本周波数で求められた他の測定値を第
１の基本周波数での測定値と組み合わせて、後方散乱強
度に対する値を発生する。
更に本発明では、複数の狭帯域周波数における後方散
乱の測定値を用いて、組織の目標区域に対する後方散乱
の周波数依存性を見つける。この周波数依存性によっ
て、細胞質及び異常発達組織の散乱要素の集団からの相
対的な後方散乱の寄与により、組織を特徴付けることが
できる。周波数ｆの関数としての後方散乱係数Ｎは、次
の式に従ってモデル化することができる。
乱の測定値を用いて、組織の目標区域に対する後方散乱
の周波数依存性を見つける。この周波数依存性によっ
て、細胞質及び異常発達組織の散乱要素の集団からの相
対的な後方散乱の寄与により、組織を特徴付けることが
できる。周波数ｆの関数としての後方散乱係数Ｎは、次
の式に従ってモデル化することができる。
Ｎ（ｆ）＝W1f＋W2f4 ここで、W1及びW2は、組織内のミー領域散乱対象及びレ
イレー形散乱対象をそれぞれ表すと考えられる、経験的
に導き出された係数である。
イレー形散乱対象をそれぞれ表すと考えられる、経験的
に導き出された係数である。
Ｎ（ｆ）が２種類の周波数（例えば、2.5MHz及び3.6M
Hz）で測定されるときに、２つの方程式が得られ、W1及
びW2の解は行列数学を用いて見つけることができる。f1
＝2.5MHz及びf2＝3.6MHzの場合、解は次の通りである。
Hz）で測定されるときに、２つの方程式が得られ、W1及
びW2の解は行列数学を用いて見つけることができる。f1
＝2.5MHz及びf2＝3.6MHzの場合、解は次の通りである。
W1＝Ｎ（2.5MHz）Ｄ−Ｎ（3.6MHz）Ｂ W2＝Ｎ（3.6MHz）Ａ−Ｎ（2.5MHz）Ｃ ここで、Ａ＝2.5、Ｂ＝3.6、Ｃ＝39、及びＤ＝168であ
る。
る。
従って、W1及びW2を決定することによって、２つの主
な組織を集団（即ち、細胞組織及び異常発達組織）を区
別することが可能であり、W1及び／又はW2の値に対応す
る画像が、組織の構成の表示となる。
な組織を集団（即ち、細胞組織及び異常発達組織）を区
別することが可能であり、W1及び／又はW2の値に対応す
る画像が、組織の構成の表示となる。
第４図には、本発明の改良を実施する中間処理装置15
の好ましい構成が示されている。位相に影響されない和
Ｉ信号及び和Ｑ信号が、フロントエンド処理装置11から
ダウン・サンプラ及び大きさ検出器30に供給される。検
出器30は、矩形窓（ウィンドウ）の畳込み積分を通じ
て、サンプルを減少させる。ダウン・サンプリングを行
ったＩ信号及びＱ信号は、ダウン・サンプラ及び大きさ
検出器30で自乗された後に加算されることが好ましい。
検出器30の出力は、ディジタル・フィルタ31のフィルタ
作用を受けて、受信した強度情報の帯域幅を狭くする。
バッファ32が、基本周波数f1を有しているバーストに対
応している、フィルタにかけられた後方散乱測定値を受
け取る。所定数（例えば、３つ）の測定値がバッファ32
に記憶されたときに、測定値を正規化（規格化）回路33
で正規化する（即ち、平均する）。測定値が１種類の基
本周波数のみで求められた場合には、正規化回路33から
の平均された後方散乱測定値は算術回路34を変更されず
に通過して、表示処理装置16に送られる。その後情報
は、所望に応じて、画像として、画像の重ねとして、又
は画像のヒストグラムとして、表示装置17に表示され
る。
の好ましい構成が示されている。位相に影響されない和
Ｉ信号及び和Ｑ信号が、フロントエンド処理装置11から
ダウン・サンプラ及び大きさ検出器30に供給される。検
出器30は、矩形窓（ウィンドウ）の畳込み積分を通じ
て、サンプルを減少させる。ダウン・サンプリングを行
ったＩ信号及びＱ信号は、ダウン・サンプラ及び大きさ
検出器30で自乗された後に加算されることが好ましい。
検出器30の出力は、ディジタル・フィルタ31のフィルタ
作用を受けて、受信した強度情報の帯域幅を狭くする。
バッファ32が、基本周波数f1を有しているバーストに対
応している、フィルタにかけられた後方散乱測定値を受
け取る。所定数（例えば、３つ）の測定値がバッファ32
に記憶されたときに、測定値を正規化（規格化）回路33
で正規化する（即ち、平均する）。測定値が１種類の基
本周波数のみで求められた場合には、正規化回路33から
の平均された後方散乱測定値は算術回路34を変更されず
に通過して、表示処理装置16に送られる。その後情報
は、所望に応じて、画像として、画像の重ねとして、又
は画像のヒストグラムとして、表示装置17に表示され
る。
周波数依存性W1又はW2を見つけるために、測定値が複
数の基本周波数で求められた場合には、第２の基本周波
数f2で求められた測定値がバッファ35に送られる。複数
のf2測定値は正規化（規格化）回路36で平均される。こ
の後、正規化回路33及び正規化回路36からの正規化され
た推定値は、算術回路34で処理される。算術回路34は、
前に述べた加重係数Ａ〜Ｄを用いた特徴抽出装置として
作用する。これらの係数は、基本周波数によって決定さ
れており、例えばルックアップテーブルに記憶されてい
る。
数の基本周波数で求められた場合には、第２の基本周波
数f2で求められた測定値がバッファ35に送られる。複数
のf2測定値は正規化（規格化）回路36で平均される。こ
の後、正規化回路33及び正規化回路36からの正規化され
た推定値は、算術回路34で処理される。算術回路34は、
前に述べた加重係数Ａ〜Ｄを用いた特徴抽出装置として
作用する。これらの係数は、基本周波数によって決定さ
れており、例えばルックアップテーブルに記憶されてい
る。
本発明の特定の構成では、心臓内の1ccの目標セルの
間で、平均後方散乱レベルにおける4dBの変化を検出す
ることができる。システムは、目標セル当たり10個の独
立のサンプルを組み合わせることにより、十分な特定性
及び感度を達成する。強度測定値は、5mmの間隔（ベク
トル角度又は深さ）で容易に求められる。各々の後方散
乱画素で３種類の別々のバースト長（2.5個の独立の測
定値に相当する）を用いることにより、1ccの目標容積
内に必要な10個のサンプルを達成することは容易であ
る。目標セルの平均後方散乱断面積に対して求められた
値の不確実さは、１のサンプルしか用いない場合の不確
実さの1/3に減少する。従って、微分後方散乱強度に基
づいて、組織の集団を分離することが可能である。
間で、平均後方散乱レベルにおける4dBの変化を検出す
ることができる。システムは、目標セル当たり10個の独
立のサンプルを組み合わせることにより、十分な特定性
及び感度を達成する。強度測定値は、5mmの間隔（ベク
トル角度又は深さ）で容易に求められる。各々の後方散
乱画素で３種類の別々のバースト長（2.5個の独立の測
定値に相当する）を用いることにより、1ccの目標容積
内に必要な10個のサンプルを達成することは容易であ
る。目標セルの平均後方散乱断面積に対して求められた
値の不確実さは、１のサンプルしか用いない場合の不確
実さの1/3に減少する。従って、微分後方散乱強度に基
づいて、組織の集団を分離することが可能である。
以上説明したように、本発明は、微分後方散乱により
組織の集団を検出する際に高い感度及び特定性を有する
医療診断モードを提供する。狭帯域の１種類又は複数の
駆動周波数を用いることにより、各々の深さの所で信号
に寄与する散乱要素の容積が増加する。散乱容積の増加
により、目標容積内の後方散乱断面積の信号対雑音比が
一層よい測定値が得られる。識別バーストの異なる長さ
を用いることにより、特定のベクトル角度及び深さに対
する散乱推定値の部分的な独立性が達成される。更に、
複数の狭帯域の基本周波数を逐次的に用いることによ
り、信号対雑音性能が改善されると共に、後方散乱係数
の周波数依存性に基づいて組織の集団を分離する手段を
もたらす。本発明は、対象内の単位容積当たりの後方散
乱断面積の局所的な変動を検出することができるが、超
音波によるその他の固有の音響パラメータの検出にも同
じように用いることができる。
組織の集団を検出する際に高い感度及び特定性を有する
医療診断モードを提供する。狭帯域の１種類又は複数の
駆動周波数を用いることにより、各々の深さの所で信号
に寄与する散乱要素の容積が増加する。散乱容積の増加
により、目標容積内の後方散乱断面積の信号対雑音比が
一層よい測定値が得られる。識別バーストの異なる長さ
を用いることにより、特定のベクトル角度及び深さに対
する散乱推定値の部分的な独立性が達成される。更に、
複数の狭帯域の基本周波数を逐次的に用いることによ
り、信号対雑音性能が改善されると共に、後方散乱係数
の周波数依存性に基づいて組織の集団を分離する手段を
もたらす。本発明は、対象内の単位容積当たりの後方散
乱断面積の局所的な変動を検出することができるが、超
音波によるその他の固有の音響パラメータの検出にも同
じように用いることができる。
本発明の好ましい実施例を図面に示して説明したが、
これらの実施例は例に過ぎないことを承知されたい。本
発明の要旨の範囲内で、当業者であれば、種々の変更、
改変及び置換が考えられよう。従って、特許請求の範囲
は、本発明の範囲内に含まれるこのようなすべての変更
を包括するものであることを承知されたい。
これらの実施例は例に過ぎないことを承知されたい。本
発明の要旨の範囲内で、当業者であれば、種々の変更、
改変及び置換が考えられよう。従って、特許請求の範囲
は、本発明の範囲内に含まれるこのようなすべての変更
を包括するものであることを承知されたい。
第１図は本発明を実施した超音波システムのブロック図
である。 第２図は超音波画像の収集を示す図である。 第３図は本発明で用いられる送信帯域幅を示すグラフで
ある。 第４図は第１図の中間処理装置を詳細に示すブロック図
である。 主な符号の説明 10……受信／送信変換器、11……フロントエンド処理装
置、12……パルス駆動装置、13……信号処理装置、15…
…中間処理装置、16……表示処理装置、17……表示装
置、30……ダウン・サンプラ及び大きさ検出器、31……
ディジタル・フィルタ、32、35……バッファ、33、36…
…正規化回路、34……算術回路。
である。 第２図は超音波画像の収集を示す図である。 第３図は本発明で用いられる送信帯域幅を示すグラフで
ある。 第４図は第１図の中間処理装置を詳細に示すブロック図
である。 主な符号の説明 10……受信／送信変換器、11……フロントエンド処理装
置、12……パルス駆動装置、13……信号処理装置、15…
…中間処理装置、16……表示処理装置、17……表示装
置、30……ダウン・サンプラ及び大きさ検出器、31……
ディジタル・フィルタ、32、35……バッファ、33、36…
…正規化回路、34……算術回路。
Claims (13)
- 【請求項１】２次元の後方散乱画像を求める超音波装置
であって、 基本周波数を有しており、検査すべき対象に超音波を送
信すると共に該対象からの超音波を受信する変換器手段
と、 該変換器手段に接続されており、狭帯域超音波を放出す
るように前記変換器手段を駆動するパルス発生手段であ
って、前記超音波は、距離ゲート作用を施すことなく前
記画像を求めるのに十分狭い帯域幅を有している、パル
ス発生手段と、 前記変換器手段に接続されており、前記対象内の複数の
目標区域に対する後方散乱強度の独立な測定値を前記変
換器手段により受信された反射波から直接的に算出する
処理手段とを備えた超音波装置。 - 【請求項２】前記狭帯域超音波の10dB帯域幅は、前記基
本周波数に対して約20％未満の範囲内である請求項１に
記載の超音波装置。 - 【請求項３】前記処理手段は、複数の別々の狭帯域バー
ストからの強度測定値に基づいて、各々の目標区域に対
応する後方散乱強度を決定するように構成されており、
前記バーストは、前記パルス発生手段により駆動されて
いると共に、複数のバースト長を有している請求項１に
記載の超音波装置。 - 【請求項４】前記処理手段は、複数の別々の狭帯域バー
ストからの強度測定値に基づいて、各々の目標区域に対
応する後方散乱強度を決定するように構成されており、
前記バーストは、前記パルス発生手段により駆動されて
いると共に、複数の基本周波数を有している請求項１に
記載の超音波装置。 - 【請求項５】前記バーストの各々の10dB帯域幅は、前記
基本周波数に対して約20％未満の範囲内である請求項３
に記載の超音波装置。 - 【請求項６】前記バーストの各々の10dB帯域幅は、前記
基本周波数に対して約20％未満の範囲内である請求項４
に記載の超音波装置。 - 【請求項７】前記処理手段は、少なくとも１つの前記目
標区域に対する前記後方散乱強度の時間に関する循環的
な変化を決定する手段を含んでいる請求項１に記載の超
音波装置。 - 【請求項８】固有の音響パラメータを測定する超音波装
置であって、 検査すべき対象に超音波を送信すると共に該対象からの
超音波を受信する変換器手段と、 該変換器手段に接続されており、各々のバーストの基本
周波数の所定のサイクル数に対応する可変長を有してい
る超音波バーストを放出するように前記変換器手段を駆
動するパルス発生手段と、 前記変換器手段に接続されており、前記対象内の複数の
目標区域に対する超音波パラメータを算出する処理手段
であって、各々の目標区域に対応しているそれぞれのパ
ラメータの値は、各々の目標区域から求められた異なる
バースト長を有する複数の測定値に基づいている、処理
手段とを備えた超音波装置。 - 【請求項９】前記パルス発生手段は、単一の基本周波数
で前記変換器手段を駆動しており、前記処理手段は、前
記測定値の平均値を算出するように構成されている請求
項８に記載の超音波装置。 - 【請求項１０】対象の超音波測定を行う方法であって、 狭帯域超音波エネルギを用いて前記対象を音響探査する
工程であって、前記狭帯域超音波エネルギは、該超音波
エネルギの基本周波数に対して約20％未満の範囲内の10
dB帯域幅を有している、音響探査する工程と、 前記対象内の複数の目標容積を測定のために選択する工
程と、 各々の目標容積に対する後方散乱強度を検出する工程と
を備えた対象の超音波測定を行う方法。 - 【請求項１１】前記検出する工程は、相異なるバースト
長の複数のバーストを用いて各々の目標容積を識別する
工程を含んでいる請求項10に記載の方法。 - 【請求項１２】前記検出する工程は、複数のバーストを
用いて各々の目標容積を識別する工程を含んでおり、バ
ーストの各々は、それぞれの基本周波数を有しており、 各々の目標容積における前記後方散乱強度は、前記複数
のバーストからの強度の値から決定される請求項10に記
載の方法。 - 【請求項１３】対象の超音波検査を行う方法であって、 第１の基本周波数f1で目標区域からの後方散乱強度の測
定値Ｎを求める工程と、 第２の基本周波数f2で前記目標区域からの後方散乱強度
の測定値Ｎを求める工程と、 Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを所定の定数として、次の式 W1＝Ｎ（f1）Ｄ−Ｎ（f2）Ｂ、及び W2＝Ｎ（f2）Ａ−Ｎ（f1）Ｃ に従って、係数W1及びW2のうちの少なくとも一方に対す
る解を見つける工程と、 前記目標区域に係数の値を割当てる工程とを備えた対象
の超音波検査を行う方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/084,228 US4803994A (en) | 1987-08-12 | 1987-08-12 | Backscatter data collection technique for ultrasound |
| US84,228 | 1987-08-12 | ||
| US084,228 | 1987-08-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0198982A JPH0198982A (ja) | 1989-04-17 |
| JP2519777B2 true JP2519777B2 (ja) | 1996-07-31 |
Family
ID=22183630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63194676A Expired - Lifetime JP2519777B2 (ja) | 1987-08-12 | 1988-08-05 | 超音波装置、並びに超音波測定及び超音波検査を行う方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4803994A (ja) |
| JP (1) | JP2519777B2 (ja) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4867167A (en) * | 1988-06-30 | 1989-09-19 | Hewlett-Packard Company | Method and apparatus for determining and displaying the absolute value of quantitative backscatter |
| DE69029211T2 (de) * | 1989-02-16 | 1997-03-27 | Fujitsu Ltd | Ultraschalldiagnosegerät zum Charakterisieren von Gewebe durch Analyse von Rückstreustrahlung |
| US5255683A (en) * | 1991-12-30 | 1993-10-26 | Sound Science Limited Partnership | Methods of and systems for examining tissue perfusion using ultrasonic contrast agents |
| GB2279742A (en) * | 1993-06-29 | 1995-01-11 | Cancer Res Inst Royal | Apparatus for monitoring ultrasonic surgical ablation |
| US5417215A (en) * | 1994-02-04 | 1995-05-23 | Long Island Jewish Medical Center | Method of tissue characterization by ultrasound |
| US5746209A (en) * | 1996-01-26 | 1998-05-05 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method of and apparatus for histological human tissue characterizationusing ultrasound |
| US6132374A (en) * | 1997-08-01 | 2000-10-17 | Acuson Corporation | Ultrasonic imaging method and system |
| US5876343A (en) * | 1997-09-23 | 1999-03-02 | Scimed Life Systems, Inc. | Methods and apparatus for blood speckle detection in an intravascular ultrasound imaging system |
| JP2001518360A (ja) * | 1997-10-03 | 2001-10-16 | ユニヴァーシティ・オブ・ヴァージニア | 超音波気泡認識撮像方法 |
| US6116244A (en) * | 1998-06-02 | 2000-09-12 | Acuson Corporation | Ultrasonic system and method for three-dimensional imaging with opacity control |
| US6511426B1 (en) | 1998-06-02 | 2003-01-28 | Acuson Corporation | Medical diagnostic ultrasound system and method for versatile processing |
| US5957852A (en) * | 1998-06-02 | 1999-09-28 | Acuson Corporation | Ultrasonic harmonic imaging system and method |
| US6045507A (en) * | 1998-10-09 | 2000-04-04 | General Electric Company | Method and apparatus for adaptive color flow optimization |
| US6048316A (en) * | 1998-10-16 | 2000-04-11 | Acuson Corporation | Medical diagnostic ultrasonic imaging system and method for displaying composite fundamental and harmonic images |
| US6454715B2 (en) | 2000-04-11 | 2002-09-24 | Scimed Life Systems, Inc. | Methods and apparatus for blood speckle detection in an intravascular ultrasound imaging system |
| US6850552B2 (en) | 2000-12-01 | 2005-02-01 | Klaus Bibl | Iterative precision spectrum analysis |
| US6785570B2 (en) * | 2000-12-22 | 2004-08-31 | Md Medical Diagnostics Inc. | System and method for analysis of a tissue |
| JP3875581B2 (ja) * | 2002-03-18 | 2007-01-31 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 超音波診断システム |
| US20040254461A1 (en) * | 2002-03-20 | 2004-12-16 | Ackerman William H. | Acoustic beam shaping by pulse power modulation at constant amplitude |
| US7074188B2 (en) * | 2002-08-26 | 2006-07-11 | The Cleveland Clinic Foundation | System and method of characterizing vascular tissue |
| US10641739B2 (en) | 2014-12-23 | 2020-05-05 | Trustees Of Boston University | Method and system for oblique backscattering ultrasound transmissive contrast imaging |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2447041A1 (fr) * | 1979-01-19 | 1980-08-14 | Inst Nat Sante Rech Med | Perfectionnements aux velocimetres doppler a bruit pseudo-aleatoires |
| JPS58173539A (ja) * | 1982-04-07 | 1983-10-12 | 富士通株式会社 | 超音波による生体組織特性測定方法 |
| US4470303A (en) * | 1982-09-20 | 1984-09-11 | General Electric Company | Quantitative volume backscatter imaging |
| US4534359A (en) * | 1982-12-02 | 1985-08-13 | General Electric Company | Method and means for determining frequency selective tissue attenuation in a baseband ultrasonic imaging system |
| US4662222A (en) * | 1984-12-21 | 1987-05-05 | Johnson Steven A | Apparatus and method for acoustic imaging using inverse scattering techniques |
| FR2579763B1 (fr) * | 1985-03-29 | 1987-04-10 | Labo Electronique Physique | Procede et appareil d'exploration de milieux par echographie ultrasonore |
-
1987
- 1987-08-12 US US07/084,228 patent/US4803994A/en not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-08-05 JP JP63194676A patent/JP2519777B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4803994A (en) | 1989-02-14 |
| JPH0198982A (ja) | 1989-04-17 |
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